某型底火作用失效研究

李便花，潘會(huì)平，肖友霖，和海亮，王建慶，張忠心

(1.山西北方晉東化工有限公司，山西 陽泉045000；2.駐陽泉地區(qū)軍代室，山西 陽泉045000)

?

某型底火作用失效研究

李便花1，潘會(huì)平1，肖友霖2，和海亮1，王建慶1，張忠心1

(1.山西北方晉東化工有限公司，山西 陽泉045000；2.駐陽泉地區(qū)軍代室，山西 陽泉045000)

常規(guī)彈藥是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中不可缺少的武器裝備之一。隨著國(guó)際形勢(shì)的不斷變化，國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的接軌，常規(guī)彈藥的研制與生產(chǎn)不斷創(chuàng)新，對(duì)彈藥的使用安全性及毀傷性要求越來越嚴(yán)格?；鸸て肥菑椝幍摹靶呐K”，底火是彈藥作用的首發(fā)元件。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料性能、原材料存放狀態(tài)和裝配工藝等方面進(jìn)行分析排查，通過試驗(yàn)驗(yàn)證確定了產(chǎn)品失效原因，提出了有效預(yù)防措施，有效消除了由原材料混批造成產(chǎn)品失效的安全技術(shù)隱患。

底火；失效；預(yù)防措施

火工品是在接收發(fā)火指令后，以較小能量激發(fā)其內(nèi)裝敏感藥劑產(chǎn)生燃燒或爆炸，以其燃燒火焰、爆炸沖擊波和高壓燃?xì)?，?shí)現(xiàn)點(diǎn)火、起爆和做功等預(yù)定功能的一次性使用的元器件、裝置和系統(tǒng)的總稱[1]?；鸸て肥瞧鸨c點(diǎn)火最敏感的始發(fā)能源，其功能首發(fā)性與作用敏感性決定了它在武器系統(tǒng)中的地位和作用[2]。作為武器系統(tǒng)中的敏感元件，火工品的安全性、可靠性直接影響武器系統(tǒng)的安全性和可靠性。底火是火工品的一類，是在接收武器系統(tǒng)發(fā)火指令后，以較小電能或機(jī)械能量激發(fā)其內(nèi)裝敏感藥劑產(chǎn)生燃燒，以其燃燒火焰和高壓燃?xì)忭樌c(diǎn)燃下一級(jí)傳火裝置的一次性使用的元器件。

1　底火結(jié)構(gòu)

該型底火由底火體、火帽、壓環(huán)、藥盂、閉氣蓋和密封圈等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1　底火結(jié)構(gòu)示意圖

2　底火作用失效危害

底火自身發(fā)火可靠性及點(diǎn)火可靠性決定著武器系統(tǒng)能否正常完成使命。底火正常燃燒，可順利點(diǎn)燃武器系統(tǒng)的下一級(jí)傳火裝置，給彈丸提供正常起始飛行的動(dòng)力，如出現(xiàn)作用失效，就會(huì)有意想不到的后果：如果底火失效未點(diǎn)燃下一級(jí)傳火裝置，彈丸就會(huì)出現(xiàn)留膛；如果底火燃燒勉強(qiáng)點(diǎn)燃下一級(jí)傳火裝置，有可能存在點(diǎn)燃下一級(jí)傳火裝置時(shí)點(diǎn)火能力或方式有缺陷，使下一級(jí)傳火裝置燃燒出現(xiàn)偏差，使彈丸起始飛行不穩(wěn)定或彈丸出炮口速度降低，導(dǎo)致彈丸射程達(dá)不到指標(biāo)要求，形成射擊及飛行安全隱患。

3　故障現(xiàn)象

該產(chǎn)品在彈道炮上進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，擊發(fā)裝置擊發(fā)產(chǎn)品后，模擬彈炮筒內(nèi)強(qiáng)裝藥未作用，壓力測(cè)試系統(tǒng)未檢測(cè)到壓力數(shù)據(jù)，試驗(yàn)停止10min后，將模擬彈從炮管里取出，將底火及陪試品(傳火管)從模擬彈上拆解，發(fā)現(xiàn)陪試品(傳火管)未作用，與底火連接處有熏黑現(xiàn)象，底火已發(fā)火作用；但閉氣蓋未被沖開，底火收口部開裂。故障樣品如圖2所示，正常作用樣品如圖3所示。

圖2　閉氣蓋未被沖開樣品　圖3　正常產(chǎn)品發(fā)火后樣品

4　分析

4.1藥劑

藥盂中裝填的藥劑為底火類產(chǎn)品通用點(diǎn)火藥劑，如果藥劑藥量超出規(guī)定范圍上限，點(diǎn)火能量就會(huì)加大，對(duì)底火收口部位的壓力增加，對(duì)故障批產(chǎn)品隨機(jī)抽取20發(fā)進(jìn)行藥盂藥量檢測(cè)，藥量在(m1-0.005)～(m1+0.005)g(產(chǎn)品圖樣規(guī)定為(m1±0.02)g)，水分分析結(jié)果為0.5%(產(chǎn)品圖樣規(guī)定為≤1%)，藥劑成分分析結(jié)果符合藥劑制造與驗(yàn)收規(guī)范中的配比要求，無異?，F(xiàn)象。另外，該批底火用點(diǎn)火藥劑同時(shí)裝配于其他型底火產(chǎn)品中，通過產(chǎn)品200發(fā)的各種性能試驗(yàn)驗(yàn)證，全部符合要求。

4.2閉氣蓋

從產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析，該底火閉氣蓋壓痕厚度要求為(δ1-0.02)～(δ1+0.05)mm，底火體收口部位壁厚尺寸為(δ2-0.13)～(δ2+0.10)mm，δ2是δ1的十幾倍，閉氣蓋壓痕厚度是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的薄弱點(diǎn)，是點(diǎn)火壓力釋放的最佳位置。由于閉氣蓋生產(chǎn)加工為關(guān)鍵工序，對(duì)厚度進(jìn)行100%普驗(yàn)，對(duì)故障批用閉氣蓋進(jìn)行質(zhì)量追溯。閉氣蓋厚度檢測(cè)原始記錄為(δ1-0.01)～(δ1+0.04)mm，隨機(jī)抽取故障批產(chǎn)品20發(fā)解剖后對(duì)閉氣蓋壓痕厚度進(jìn)行檢測(cè)，尺寸為(δ1-0.01)～(δ1+0.03)mm，符合產(chǎn)品圖樣技術(shù)要求，未見異常。

4.3底火體

從故障樣品分析，有可能是底火體收口部位壁厚尺寸((δ2-0.13)～(δ2+0.10)mm)發(fā)生超差，使其成為產(chǎn)品薄弱點(diǎn)。對(duì)故障批剩余底火體抽取50發(fā)，進(jìn)行收口處尺寸檢測(cè)，檢測(cè)尺寸為(δ2-0.09)～(δ2+0.05)mm，全部符合產(chǎn)品圖樣技術(shù)要求，未見異常。

4.4底火收口不嚴(yán)

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析，如果底火收口不嚴(yán)，密封圈、閉氣蓋與收口處就會(huì)有縫隙，產(chǎn)品發(fā)火后，火藥氣體會(huì)沿著縫隙進(jìn)行壓力釋放，以減輕對(duì)底火體收口部位的損傷。對(duì)故障批產(chǎn)品重新進(jìn)行了100%外觀質(zhì)量檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)底火收口不嚴(yán)現(xiàn)象。

4.5底火體用原材料

該型底火用底火體原材料為H62Y2黃銅棒，原材料經(jīng)機(jī)械加工、表面處理工序后，轉(zhuǎn)裝配分廠進(jìn)行裝配。產(chǎn)品出現(xiàn)故障后，故障樣品及正常樣品的金相組織如圖4和圖5所示。根據(jù)收口部金相組織分析，有可能是原材料的料頭、料尾以及料中間質(zhì)量一致性有差異。

圖4　開裂底火的收口部金相組織

圖5　未開裂底火的收口部的金相組織

4.5.1H62Y2黃銅棒

H62Y2黃銅棒回廠后要進(jìn)行入廠檢驗(yàn)，查檢驗(yàn)記錄，無異常。如果原材料料頭、料尾以及料中間質(zhì)量存在較大差異，尤其在收口部位出現(xiàn)內(nèi)部組織疏松現(xiàn)象時(shí)，會(huì)對(duì)產(chǎn)品性能有影響。對(duì)庫存的H62Y2黃銅棒隨機(jī)抽取樣品進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表1。

表1　庫存H62Y2黃銅棒不同部位力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

由表1可知，H62Y2黃銅棒質(zhì)量無異常。

4.5.2底火體原材料存放

當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)故障后，對(duì)故障樣品及正常樣品進(jìn)行原材料質(zhì)譜分析(見圖6和圖7)。根據(jù)對(duì)故障樣品及正常樣品的金相組織及原材料質(zhì)譜分析結(jié)果可知，該故障批產(chǎn)品底火體用原材料中有2種不同的材料，有可能出現(xiàn)材料混批現(xiàn)象。

圖6　開裂底火底火體材料成份質(zhì)譜分析

圖7　未開裂底火底火體材料成份質(zhì)譜分析

對(duì)所有產(chǎn)品原材料目錄進(jìn)行查閱，零部件用銅棒加工的原材料牌號(hào)為H62Y2黃銅棒、H68黃銅棒以及HPb59-1Y2鉛黃銅棒等3種。H68黃銅棒的尺寸規(guī)格為φ24mm，H62Y2黃銅棒和HPb59-1Y2鉛黃銅棒的尺寸規(guī)格均為φ18mm。

1)對(duì)入庫的原材料存放地進(jìn)行排查。發(fā)現(xiàn)H62Y2黃銅棒和HPb59-1Y2鉛黃銅棒存放在同一貨架中，而且是上下貨格。從外觀上看，2種原材料沒有區(qū)別，如果取貨人不認(rèn)真仔細(xì)對(duì)貨簽進(jìn)行辯識(shí)，2種原材料就會(huì)存在取錯(cuò)的可能性。

2)對(duì)底火體生產(chǎn)分廠進(jìn)行排查。從生產(chǎn)計(jì)劃及記錄中發(fā)現(xiàn)φ18mm的HPb59-1Y2鉛黃銅棒只在前一年時(shí)領(lǐng)用，且加工的零件為傳火件，結(jié)構(gòu)與底火體相差甚遠(yuǎn)，剩余的材料已全部做了退庫處理，φ18mm的H62Y2黃銅棒是該故障批底火體生產(chǎn)時(shí)直接從庫房領(lǐng)用；因此，在零件加工工序不會(huì)出現(xiàn)材料混批現(xiàn)象。

4.5.3原材料分析

根據(jù)原材料排查結(jié)果，對(duì)故障批底火體用原材料進(jìn)行了成分確認(rèn)，結(jié)果見表2。

表2　底火體用原材料成分對(duì)比分析結(jié)果

由表2可知，故障批底火體材料確實(shí)出現(xiàn)了φ18mm的H62Y2黃銅棒和φ18mm的HPb59-1Y2鉛黃銅棒混批現(xiàn)象。對(duì)庫存的H62Y2黃銅棒與HPb59-1Y2鉛黃銅棒2種原材料隨機(jī)抽樣進(jìn)行了力學(xué)性能對(duì)比，結(jié)果見表3。

表3　力學(xué)性能對(duì)比檢測(cè)結(jié)果

由表3可知，H62Y2黃銅棒與HPb59-1Y2鉛黃銅棒的成分含量有差異。HPb59-1Y2鉛黃銅棒較H62Y2黃銅棒抗拉強(qiáng)度高，伸長(zhǎng)率低，表現(xiàn)為韌性差，延展性不好，底火體裝配完成后要收口，材料在模具作用下發(fā)生彎曲變形。HPb59-1Y2鉛黃銅棒材料在收口時(shí)雖未出現(xiàn)裂紋，但材質(zhì)已受到損傷，形成薄弱點(diǎn)，H62Y2黃銅棒材料因伸長(zhǎng)率高，延展性好，在產(chǎn)品收口時(shí)只是發(fā)生了形變，未對(duì)材料內(nèi)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響；因此在產(chǎn)品發(fā)火同樣的壓力作用下，底火體為HPb59-1Y2鉛黃銅棒的產(chǎn)品收口部位開裂，點(diǎn)火壓力分散，導(dǎo)致沒有足夠的點(diǎn)火能量點(diǎn)燃下一級(jí)傳火裝置。

5　驗(yàn)證試驗(yàn)

1)取H62Y2黃銅棒材料不同部位(料頭、料尾和料中間)加工成底火體各32件，裝配成成品進(jìn)行發(fā)火試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果未出現(xiàn)故障樣品現(xiàn)象，閉氣蓋全部打開，符合產(chǎn)品性能的要求。

2)取H62Y2黃銅棒材料及HPb59-1Y2鉛黃銅棒材料加工成底火體各32件，裝配成成品進(jìn)行發(fā)火對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為32發(fā)HPb59-1Y2鉛黃銅棒材料的產(chǎn)品收口部全部有大小不等的裂紋，其中有24發(fā)與故障樣品相同，H62Y2黃銅棒材料的產(chǎn)品全部符合要求。

6　結(jié)語

通過上述分析，可以得出如下結(jié)論。

1)該故障是由于底火體誤用抗拉強(qiáng)度高，伸長(zhǎng)率低的HPb59-1Y2鉛黃銅棒材料，因材料韌性差，延展性不好，底火體收口時(shí)，在模具作用下易發(fā)生彎曲變形，材質(zhì)受損，形成薄弱點(diǎn)。在產(chǎn)品發(fā)火壓力作用下，收口部位開裂，點(diǎn)火壓力分散，導(dǎo)致沒有足夠的點(diǎn)火能量點(diǎn)燃下一級(jí)傳火裝置。

2)細(xì)節(jié)決定成敗。原材料是所有產(chǎn)品的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)出現(xiàn)差錯(cuò)，后果不堪設(shè)想；因此，對(duì)原材料的管理要細(xì)致，外觀不容易分辨的不同品種的原材料應(yīng)分排分架放置，標(biāo)識(shí)清晰，原材料出入庫應(yīng)實(shí)時(shí)進(jìn)行記錄。

3)原材料提貨、防護(hù)、運(yùn)輸和取放應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制，不能將2種同規(guī)格、不同材質(zhì)且從外觀上比較難分辨的原材料進(jìn)行同時(shí)搬運(yùn)。

[1] 王凱民. 軍用火工品設(shè)計(jì)技術(shù)[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

[2] 李便花，潘會(huì)平，孔俊峰，等.某型電點(diǎn)火具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝改進(jìn)研究[J].新技術(shù)新工藝，2014(10)：59-61.

責(zé)任編輯馬彤

ResearchontheFailureofaCertainTypeofPrimer

LIBianhua1,PANHuiping1,XIAOYoulin2,HEHailiang1,WANGJianqing1,ZHANGZhongxin1

(1.ShanxiNorthJindongChemicalImdustryCo.,Ltd.,Yangquan045000,China; 2.MilitaryRepresentativeOfficeinYangquanLocality,Yangquan045000,China)

Conventionalammunitionisindispensableinthemodernwarweapons.Withthechanginginternationalsituation,theinternationalanddomesticmarketsareintergrarted,thedevelopmentandproductionoftheconventionalammunitionisincontinuousinnovationandupgrading,sothesafeuseanddamagerequirementismoreandmorestrict.TheEEDisthe“heart”oftheammunition,andtheprimeristhestartingelement.Fromtheproductstructuredesign,rawmaterialproperties,rawmaterialstoragestate,assemblyprocessandsoon,analyzetheinvestigation,anddeterminetheproductfailurereason.Throughtheexperimentalverification,putforwardeffectivepreventivemeasures,andeffectivelyeliminatetherawmaterialmixedbatchofproductfailuresafetytechnicalproblems.

primer,invalid,preventivemeasures

2016-01-13

TQ560A

李便花(1971-)，女，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事工藝技術(shù)研究與生產(chǎn)工藝技術(shù)管理工作。